逆變器中能量緩衝器的電容選型原則
發布時間:2012-06-11 來源:Vishay
中心議題:
太陽能逆變器在太陽能電池板和主電網之間扮演著接口的角色。如圖1所示,在太陽能逆變器內部會發生兩個功率過程。一個DC/DC轉換器控製著太陽能電池板的工作點,使之達到最大的功率輸出。DC/AC轉(zhuan)換(huan)把(ba)這(zhe)部(bu)分(fen)功(gong)率(lv)輸(shu)送(song)到(dao)主(zhu)電(dian)網(wang),同(tong)時(shi)執(zhi)行(xing)主(zhu)電(dian)網(wang)運(yun)營(ying)商(shang)設(she)立(li)的(de)各(ge)種(zhong)管(guan)控(kong)規(gui)則(ze)。能(neng)量(liang)緩(huan)衝(chong)器(qi)會(hui)吸(xi)收(shou)掉(diao)兩(liang)個(ge)轉(zhuan)換(huan)器(qi)之(zhi)間(jian)功(gong)率(lv)流(liu)的(de)差(cha)值(zhi)。成(cheng)功(gong)實(shi)現(xian)這(zhe)個(ge)過(guo)程(cheng)在(zai)很(hen)大(da)程(cheng)度(du)上(shang)取(qu)決(jue)於(yu)能(neng)量(liang)緩(huan)衝(chong)器(qi)選(xuan)擇(ze)的(de)電(dian)容(rong)器(qi)。本(ben)文(wen)介(jie)紹(shao)了(le)在(zai)薄(bo)膜(mo)電(dian)容(rong)器(qi)和(he)鋁(lv)電(dian)容(rong)器(qi)之(zhi)間(jian)如(ru)何(he)進(jin)行(xing)取(qu)舍(she),以(yi)及(ji)在(zai)選(xuan)擇(ze)一(yi)個(ge)或(huo)其(qi)他(ta)電(dian)容(rong)器(qi)時(shi)需(xu)要(yao)考(kao)慮(lv)的(de)因(yin)素(su)。 
圖1:太陽能逆變器功能框圖
tongguoanzhuangnenglianghuanchongqi,nikeyibacongtaiyangnengdianchibanjiquzuidagonglv,tongruhebazhezhongnengliangzhurudaozhushupeidianxitongzheliangjianshifenkaichuli。erqie,zhemezuohuijiangdishejidefuzadu。
nenglianghuanchongqidedaxiaoshiyouxuyaochucunnengliangdeduoshaojuedingde,nengliangdeduoshaoqujueyutaiyangnengnibianqidegonglvdengji,yijichucunheshifangnengliangzhelianggeguochengzhijiandechangduan。kegongcankaodeshi,ruguoshijianchaxiaoyu1秒鍾,使用薄膜容器或鋁電容器都沒問題。如果時間超過1秒鍾,你就應該考慮使用一個化學雙層電容器或電池組。但這兩種技術都要求每個電池單元的電壓在1V至4V之zhi間jian。接jie到dao主zhu電dian網wang需xu要yao的de電dian壓ya等deng級ji更geng高gao,要yao求qiu把ba幾ji個ge電dian池chi連lian成cheng一yi串chuan,因yin此ci就jiu需xu要yao增zeng加jia用yong來lai保bao持chi平ping衡heng的de電dian子zi器qi件jian。由you於yu驅qu動dong電dian池chi或huo電dian化hua學xue雙shuang層ceng電dian容rong器qi單dan元yuan有you一yi些xie特te殊shu要yao求qiu,這zhe種zhong功gong能neng通tong常chang是shi由you一yi個ge獨du立li的de功gong率lv電dian子zi模mo塊kuai來lai實shi現xian的de,對dui模mo塊kuai的de詳xiang細xi介jie紹shao超chao出chu了le本ben文wen的de討tao論lun範fan疇chou。
薄(bo)膜(mo)電(dian)容(rong)器(qi)和(he)鋁(lv)電(dian)容(rong)器(qi)有(you)一(yi)些(xie)使(shi)用(yong)限(xian)製(zhi),會(hui)影(ying)響(xiang)到(dao)太(tai)陽(yang)能(neng)逆(ni)變(bian)器(qi)的(de)服(fu)務(wu)壽(shou)命(ming)和(he)可(ke)靠(kao)性(xing)。因(yin)此(ci)你(ni)需(xu)要(yao)詳(xiang)細(xi)列(lie)舉(ju)在(zai)長(chang)時(shi)間(jian)工(gong)作(zuo)條(tiao)件(jian)下(xia)的(de)變(bian)化(hua)情(qing)況(kuang),重(zhong)要(yao)參(can)數(shu)是(shi)器(qi)件(jian)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)、工作電壓、紋波電流和持續時間。
薄膜電容VS鋁電容
薄膜電容是一種理想的電容器。這種電容器的容量不會隨著溫度而顯著變化,在充電/放電(紋波電流)shijihubuhuifare。youyudianrongqijiegoudeyuanyin,duiyudianliuhuilulaishuoshiduanlu,yincidianganhendi,shiqinengyongzaihenkuandepinlvfanweinei,tongchangkeyidadaoshuzhaohezi。
鋁電容器的問題要多一些。細孔加上導電性一般電解液,使這種電容器的容值會隨著溫度和頻率而發生變化。在鋁和紙/電解液組合結構中產生歐姆損耗,以及在不完美的氧化物層中會產生與頻率相關的損耗,使電容器在充電/放的時候會發熱,限製了電容器的紋波電流處理能力。
zuihouhaiyouyidianyouqizhongyao,youyudianjieyehuiyudianrongqizhongdeqitacailiaofashenghuaxuefanying,texingguoyiduanshijianhouhuifashengbianhua,shidianrongqidadaoshiyongshouminghoushixiaolvhuizenggao。youyuhuaxuefanyingdesudusuidianrongqiwendudejiangdierjiangdi,xuyaogenjutaiyangnengnibianqidegongzuozhuangkuangjisuandianrongqideshouming。
如果在薄膜電容器中出了什麼問題,比如電介質擊穿或是碰到一個非常高的電流脈衝(高dU/dt),金屬化層或是連到金屬化層的觸點就會被破壞。最後,薄膜電容器會變成開路狀態。
如果鋁電容器中出了什麼問題,結果更難預料。由於電介質擊穿導致的接頭損壞,表現出來的結果可以是短路、kailu,huoshizhongjiandeshenmezhuangtai,biruxieloudianliuhuizenggaoruguolvdianrongqiguore,erqiehailiandaodianyuanshang,qiwenduhuishengdaodianjieyedefeidianyishang,dagainengdadao200 ℃。所產生的內部壓力會使泄壓裝置打開,電解液會流出來,卷繞層會變幹。
薄膜電容器與鋁電容器的設計要點
dangxuyaozailiangzhongjishuzhongjianjinxingxuanzeshi,xingnengbingbushiquanbukaolvyinsu,yuanjiandechicunyehenzhongyao,jiageyeshiyigeyinsu。yaoshizhonglaojideshibomodianronghelvdianrongqiruhedadaoyuqidexiaoguo?
鋁電容器的空間效率肯定比薄膜電容要高。高一個470 μF/450 V鋁電容器的體積隻有一個470μF/450 V薄膜電容的15%。
另一方麵,鋁電容壽命有限,損耗更大。對於一個要求能工作20年或高功率等級的太陽能逆變器,薄膜電容器因其具有更低的損耗和無限的壽命,是更佳的選擇。
僅就元件成本而言,鋁電容器占有絕對優勢,同樣是470μF/450 V,薄膜電容器的成本是相對應的鋁電容器的5beishenzhigengduo。raner,lvdianrongqiyibanxuyaoewaidebaohudianlu。xiangfan,bomodianrongqijihubuxuyaoyonglaifangzhifashengguzhangdewaiweiyuanjian。youqishigaogonglvdengjidetaiyangnengnibianqi,nenggouchulifarewentidedianrongqishigengjiaxuanze,yinweizheyangyouzhuyudadajiangdichengben,lirubuxuyaoyongshuilailengqueyuanqijian。 
圖2:采用鋁電解電容的太陽能逆變器
選xuan擇ze太tai陽yang能neng逆ni變bian器qi中zhong能neng量liang緩huan衝chong器qi的de技ji術shu可ke不bu是shi一yi件jian簡jian單dan的de事shi情qing。你ni需xu要yao考kao慮lv很hen多duo因yin素su,這zhe些xie因yin素su可ke能neng涉she及ji到dao元yuan器qi件jian行xing為wei的de一yi些xie細xi節jie問wen題ti。因yin此ci,明ming智zhi的de選xuan擇ze是shi找zhao一yi個ge經jing驗yan豐feng富fu的de供gong應ying商shang,在zai設she計ji過guo程cheng的de初chu期qi就jiu充chong分fen利li用yong供gong應ying商shang的de設she計ji專zhuan長chang,確que保bao你ni所suo選xuan擇ze的de技ji術shu能neng夠gou最zui終zhong滿man足zu你ni的de所suo有you需xu求qiu。
- 根據能量緩衝器的需求在薄膜電容器和鋁電解電容器之間進行取舍
太陽能逆變器在太陽能電池板和主電網之間扮演著接口的角色。如圖1所示,在太陽能逆變器內部會發生兩個功率過程。一個DC/DC轉換器控製著太陽能電池板的工作點,使之達到最大的功率輸出。DC/AC轉(zhuan)換(huan)把(ba)這(zhe)部(bu)分(fen)功(gong)率(lv)輸(shu)送(song)到(dao)主(zhu)電(dian)網(wang),同(tong)時(shi)執(zhi)行(xing)主(zhu)電(dian)網(wang)運(yun)營(ying)商(shang)設(she)立(li)的(de)各(ge)種(zhong)管(guan)控(kong)規(gui)則(ze)。能(neng)量(liang)緩(huan)衝(chong)器(qi)會(hui)吸(xi)收(shou)掉(diao)兩(liang)個(ge)轉(zhuan)換(huan)器(qi)之(zhi)間(jian)功(gong)率(lv)流(liu)的(de)差(cha)值(zhi)。成(cheng)功(gong)實(shi)現(xian)這(zhe)個(ge)過(guo)程(cheng)在(zai)很(hen)大(da)程(cheng)度(du)上(shang)取(qu)決(jue)於(yu)能(neng)量(liang)緩(huan)衝(chong)器(qi)選(xuan)擇(ze)的(de)電(dian)容(rong)器(qi)。本(ben)文(wen)介(jie)紹(shao)了(le)在(zai)薄(bo)膜(mo)電(dian)容(rong)器(qi)和(he)鋁(lv)電(dian)容(rong)器(qi)之(zhi)間(jian)如(ru)何(he)進(jin)行(xing)取(qu)舍(she),以(yi)及(ji)在(zai)選(xuan)擇(ze)一(yi)個(ge)或(huo)其(qi)他(ta)電(dian)容(rong)器(qi)時(shi)需(xu)要(yao)考(kao)慮(lv)的(de)因(yin)素(su)。

圖1:太陽能逆變器功能框圖
tongguoanzhuangnenglianghuanchongqi,nikeyibacongtaiyangnengdianchibanjiquzuidagonglv,tongruhebazhezhongnengliangzhurudaozhushupeidianxitongzheliangjianshifenkaichuli。erqie,zhemezuohuijiangdishejidefuzadu。
nenglianghuanchongqidedaxiaoshiyouxuyaochucunnengliangdeduoshaojuedingde,nengliangdeduoshaoqujueyutaiyangnengnibianqidegonglvdengji,yijichucunheshifangnengliangzhelianggeguochengzhijiandechangduan。kegongcankaodeshi,ruguoshijianchaxiaoyu1秒鍾,使用薄膜容器或鋁電容器都沒問題。如果時間超過1秒鍾,你就應該考慮使用一個化學雙層電容器或電池組。但這兩種技術都要求每個電池單元的電壓在1V至4V之zhi間jian。接jie到dao主zhu電dian網wang需xu要yao的de電dian壓ya等deng級ji更geng高gao,要yao求qiu把ba幾ji個ge電dian池chi連lian成cheng一yi串chuan,因yin此ci就jiu需xu要yao增zeng加jia用yong來lai保bao持chi平ping衡heng的de電dian子zi器qi件jian。由you於yu驅qu動dong電dian池chi或huo電dian化hua學xue雙shuang層ceng電dian容rong器qi單dan元yuan有you一yi些xie特te殊shu要yao求qiu,這zhe種zhong功gong能neng通tong常chang是shi由you一yi個ge獨du立li的de功gong率lv電dian子zi模mo塊kuai來lai實shi現xian的de,對dui模mo塊kuai的de詳xiang細xi介jie紹shao超chao出chu了le本ben文wen的de討tao論lun範fan疇chou。
薄(bo)膜(mo)電(dian)容(rong)器(qi)和(he)鋁(lv)電(dian)容(rong)器(qi)有(you)一(yi)些(xie)使(shi)用(yong)限(xian)製(zhi),會(hui)影(ying)響(xiang)到(dao)太(tai)陽(yang)能(neng)逆(ni)變(bian)器(qi)的(de)服(fu)務(wu)壽(shou)命(ming)和(he)可(ke)靠(kao)性(xing)。因(yin)此(ci)你(ni)需(xu)要(yao)詳(xiang)細(xi)列(lie)舉(ju)在(zai)長(chang)時(shi)間(jian)工(gong)作(zuo)條(tiao)件(jian)下(xia)的(de)變(bian)化(hua)情(qing)況(kuang),重(zhong)要(yao)參(can)數(shu)是(shi)器(qi)件(jian)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)、工作電壓、紋波電流和持續時間。
薄膜電容VS鋁電容
薄膜電容是一種理想的電容器。這種電容器的容量不會隨著溫度而顯著變化,在充電/放電(紋波電流)shijihubuhuifare。youyudianrongqijiegoudeyuanyin,duiyudianliuhuilulaishuoshiduanlu,yincidianganhendi,shiqinengyongzaihenkuandepinlvfanweinei,tongchangkeyidadaoshuzhaohezi。
鋁電容器的問題要多一些。細孔加上導電性一般電解液,使這種電容器的容值會隨著溫度和頻率而發生變化。在鋁和紙/電解液組合結構中產生歐姆損耗,以及在不完美的氧化物層中會產生與頻率相關的損耗,使電容器在充電/放的時候會發熱,限製了電容器的紋波電流處理能力。
zuihouhaiyouyidianyouqizhongyao,youyudianjieyehuiyudianrongqizhongdeqitacailiaofashenghuaxuefanying,texingguoyiduanshijianhouhuifashengbianhua,shidianrongqidadaoshiyongshouminghoushixiaolvhuizenggao。youyuhuaxuefanyingdesudusuidianrongqiwendudejiangdierjiangdi,xuyaogenjutaiyangnengnibianqidegongzuozhuangkuangjisuandianrongqideshouming。
如果在薄膜電容器中出了什麼問題,比如電介質擊穿或是碰到一個非常高的電流脈衝(高dU/dt),金屬化層或是連到金屬化層的觸點就會被破壞。最後,薄膜電容器會變成開路狀態。
如果鋁電容器中出了什麼問題,結果更難預料。由於電介質擊穿導致的接頭損壞,表現出來的結果可以是短路、kailu,huoshizhongjiandeshenmezhuangtai,biruxieloudianliuhuizenggaoruguolvdianrongqiguore,erqiehailiandaodianyuanshang,qiwenduhuishengdaodianjieyedefeidianyishang,dagainengdadao200 ℃。所產生的內部壓力會使泄壓裝置打開,電解液會流出來,卷繞層會變幹。
薄膜電容器與鋁電容器的設計要點
dangxuyaozailiangzhongjishuzhongjianjinxingxuanzeshi,xingnengbingbushiquanbukaolvyinsu,yuanjiandechicunyehenzhongyao,jiageyeshiyigeyinsu。yaoshizhonglaojideshibomodianronghelvdianrongqiruhedadaoyuqidexiaoguo?
鋁電容器的空間效率肯定比薄膜電容要高。高一個470 μF/450 V鋁電容器的體積隻有一個470μF/450 V薄膜電容的15%。
另一方麵,鋁電容壽命有限,損耗更大。對於一個要求能工作20年或高功率等級的太陽能逆變器,薄膜電容器因其具有更低的損耗和無限的壽命,是更佳的選擇。
僅就元件成本而言,鋁電容器占有絕對優勢,同樣是470μF/450 V,薄膜電容器的成本是相對應的鋁電容器的5beishenzhigengduo。raner,lvdianrongqiyibanxuyaoewaidebaohudianlu。xiangfan,bomodianrongqijihubuxuyaoyonglaifangzhifashengguzhangdewaiweiyuanjian。youqishigaogonglvdengjidetaiyangnengnibianqi,nenggouchulifarewentidedianrongqishigengjiaxuanze,yinweizheyangyouzhuyudadajiangdichengben,lirubuxuyaoyongshuilailengqueyuanqijian。

圖2:采用鋁電解電容的太陽能逆變器
選xuan擇ze太tai陽yang能neng逆ni變bian器qi中zhong能neng量liang緩huan衝chong器qi的de技ji術shu可ke不bu是shi一yi件jian簡jian單dan的de事shi情qing。你ni需xu要yao考kao慮lv很hen多duo因yin素su,這zhe些xie因yin素su可ke能neng涉she及ji到dao元yuan器qi件jian行xing為wei的de一yi些xie細xi節jie問wen題ti。因yin此ci,明ming智zhi的de選xuan擇ze是shi找zhao一yi個ge經jing驗yan豐feng富fu的de供gong應ying商shang,在zai設she計ji過guo程cheng的de初chu期qi就jiu充chong分fen利li用yong供gong應ying商shang的de設she計ji專zhuan長chang,確que保bao你ni所suo選xuan擇ze的de技ji術shu能neng夠gou最zui終zhong滿man足zu你ni的de所suo有you需xu求qiu。
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